книги / Теория механизмов и машин курсовое проектирование

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

А.Е. Кобитянский, А.В. Шафранов

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН: КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2022

1

УДК 621.01 (075.8) К55

Рецензенты:

канд. техн. наук А.В. Пепелышев

(ООО «Пермские насосы»); д-р техн. наук, профессор В.Я. Беленький

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Кобитянский, А.Е.

К55 Теория механизмов и машин: курсовое проектирование : учеб. пособие/ А.Е. Кобитянский, А.В. Шафранов.– Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политех. ун-та, 2022. – 121 с.

ISBN 978-5-398-02819-5

Представлены методические материалы для выполнения курсового проекта по дисциплине «Теория механизмов и машин».

В сочетании с теоретическим материалом даны подходы и методики проектирования механизмов и машин. Пособие включает следующие разделы курсового проектирования: кинематический анализ плоских рычажных механизмов, силовой расчет, проектирование зубчатого зацепления, проектирование плоских кулачковых механизмов и расчет маховика.

Предназначено для студентов технических специальностей вузов по направлениям «Машиностроение», Конструкторско« -технологическое обеспечениемашиностроительныхпроизводств»,«Технологическиемашины и оборудование»,«Горное дело», «Нефтегазовое дело» и др.

УДК 621.01 (078)

2

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Материалы по выполнению курсового проекта дисциплины «Теория механизмовимашин»являютсячастьюединогометодическогокомплекса, дополняющего конспект лекций в двух частях, лабораторный практикум, сборник задач и тестов, задания на курсовой проект и ряд монографий авторов данного пособия.

Цель пособия – привить умения и навыки применения теоретических основ теории механизмов и машин (ТММ) к процессу проектирования механизмов из различных областей техники.

В пособии изложены методики и подходы к выполнению курсового проекта в объеме пяти разделов дисциплины (пяти листов графической части проекта). Каждый раздел включает краткие теоретические предпосылки и примеры выполнения пояснительной записки и графической части.

Материалы пособия систематизированы и изложены в соответствии с читаемым курсом «Теория механизмов и машин». Базируются на сведениях, полученных студентами при изучении естественно-научных и общетехнических дисциплин – математики, физики, теоретической механики, инженерной графики и др.

Может быть использовано студентами при выполнении курсового проекта,контрольныхзаданийидляподготовкикэкзаменупокурсуТММ.

5

1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПЛОСКИХ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Основные методы анализа– графический, графоаналитический (метод планов), аналитический, экспериментальный и т.д. [1, 3, 6].

Кинематическое исследование механизмов заключается:в решении задач о положениях;

решении задач о скоростях и ускорениях произвольных точек и звеньев.

Приэтомзаданыкинематическаясхемаизаконыдвиженияначальных звеньев механизма.

1.1. Графический метод (метод кинематических диаграмм)

Определение предельных положений механизма

Предельные положения механизма определяют, когда рабочий орган механизма занимает крайние положения. Способы, пользуясь которыми можно в зависимости от типа механизма найти предельные положения, представлены на рис. 1.1–1.3 [5, 6].

Дляшарнирного четырехзвенника(см.рис.1.1, a,б)предельныеполо-

жения коромысла 3 будут тогда, когда кривошип 1 и шатун 2 располагаются на одной прямой. Из точки А в масштабе чертежа радиусом кривошипа, а из точки D радиусом коромысла проводят окружности. Затем из А проводят засечки длинами AB + BC и BС – АВ до пересечения с траекторией коромысла в точках С и С . Полученные точки С и С соединяют с точкой А отрезками, пересекающими окружность кривошипа в точках В и B . Положения механизма,соответствующиесхемамABCD иAB C D,– предельные(см.рис.1.1).

а

б

Рис. 1.1. Шарнирный четырехзвенник: а – схема; б – крайние положения

6

Методика определения крайних положений для кривошипно-ползун- ного механизма (см. рис. 1.2) аналогична той, которая рассмотрена выше.

а

б

Рис. 1.2. Кривошипно-ползунный механизм: а – схема; б – крайние положения

Для механизма с качающейся кулисой определение предельных положений начинают с построения окружности кривошипа 1 с центром в точке А. Затем проводятся две касательные к этой окружности из точки C – центра качания кулисы 3. При этом кривошип АB перпендикулярен касательным.ВрезультатесхемыАВC иАB C механизмасоответствуютдвум крайним положениям (см. рис. 1.3).

Рис. 1.3. Кулисный механизм: а – схема; б – крайние положения

Для более сложных стержневых механизмов крайние положения определяют, исходя из конкретной схемы с учетом способов, изложенных выше.

7

Построение положений механизмов

Построение положений механизма проводится в определенном масштабе. Масштабный коэффициент схемы μl (м/мм) характеризует отношение длины одного из звеньев (м) к длине отрезка схемы (мм), соответствующего этому звену. Например, μl = lAB /(АВ)(рис. 1.4). Рекомендуется масштабный коэффициент выбирать простым числом, чтобы с ним удобно было проводить вычисления. Выбрав масштабный коэффициент, определяют длины отрезков схемы (мм), соответствующие остальным звеньям. Например, BC = lBC / μl, СD = lCD / μl и т.д. После выбора масштабного коэффициентастроятсякрайниеположениямеханизма,одноизкоторыхпринимается за начальное, соответствующее началу рабочего хода. Таким образом,занулевоеположение(началоотсчета)принимаетсяположениекривошипа, соответствующее начальному.

Построение всех текущих положений механизма ведется в порядке присоединения структурных групп методом засечек в соответствии с направлением движения начального звена. На рис. 1.4 изображена схема кулисного механизма в двенадцати положениях.

а

8

Соединив плавной кривой последовательные положения характерных точек, получают траектории их движения (точка S на рис. 1.4). Расстояние между двумя крайними положениями выходного звена называется максимальным перемещением, или максимальным ходом, Smax (см. рис. 1.4, б).

Построение кинематических диаграмм

Дляточкимеханизма,совершающейпрямолинейноевозвратно-посту- пательное движение, строится диаграмма перемещений (например, точки E на рис. 1.4). Диаграмма перемещений дает текущее положение точки E относительно ее начального положения E0. Для этого строят прямоугольную систему координат, где по горизонтали откладывают положение начального звена (ось 0φ), а по вертикали перемещение точки механизма (ось 0S) (рис. 1.5). Масштабный коэффициент угла поворота , рад/мм:

где n – число оборотов кривошипа в минуту, 1 – угловая скорость вращения кривошипа.

При равномерном вращении кривошипа перемещение SE φ = SE t . Выбранный отрезок длиной [0–k] мм делится на k равных частей и через точки деления в масштабе μS откладывают по вертикали соответствующее перемещение точки, которое измеряется по схеме механизма в виде отрезковE0E1,E0E2,E0E3 ит.д.Соединивполученныеточки,получаюткривую перемещений, пример которой представлен на рис. 1.5, a. Для получения графика пути заданной точки откладывают по вертикали отрезки E0E1, E0E2, ... E0E8 + E8E9, E0E8 + E8E10 и т.д., т.е. этот график – зеркальное отражение ветви графика перемещений на участке после второго крайнего положения (см. рис. 1.5, а). Обычно длина отрезка [0–k] (мм) выбирается кратнойчислу360. Например,приисследовании12 положений[0–k]может быть равным 120, 180, 240, 360мм и т.д. Следует учесть, что если отрезки E0Ei брались со схемы без изменений, то μS = μl. Если E0Ei уменьшают в m раз, то μS = m μl, и наоборот.Если второе крайнее положение кривошипа не попадает в точку деления, то для нахождения этого положения на оси 0φ

используется принцип пропорциональных частей.

Используя график перемещения, можно графическим дифференцированием решить задачи о скоростях и ускорениях точки.

9